课件：固体物理-孙小松.ppt

第二章、晶体的结合 氢键结合 ? H ?? ?? ?? ? ? O 第四节、范德瓦尔斯结合 第二章、晶体的结合 第五节、共价结合 共价键结合的原子的特征 原子的半径较小、较多的最外层电子(3~5) 原子不易失去或得到电子成为离子 饱和电子壳层的形成只能通过共用电 子对。一对共用电子对包含两个自旋 相反的电子。 共价键结合的强弱，与形成共用 电子对两个电子的电子云的交叠 程度有关。 第二章、晶体的结合 第五节、共价结合 核外电子的运动规律 (– )?(r) = En?n(r) h’2 2m 2 +V(r) En：与? n(r)对应的电子运动的能量 ? n(r)：描写电子运动状态的波函数 | ? n(r) | 2：单位体积元内找到电子的几率 | ? n(r) | 2的图象表示称为电子云 Schr?dinger方程 En: 本征值 ? n(r): 本征函数 | ? n(r) | 2 是 ? 和 ? 的函数 电子云的图象表示成为 第二章、晶体的结合 第五节、共价结合 | ? n(r) | 2 是 ? 和 ? 的函数，及电子云的分布 具有空间取向性 z x y S x y z x y z x y z px py pz d z2 x y z d x2-y2 x y dyz z x y z dxy x y z dxy x y z 第二章、晶体的结合 第五节、共价结合 共价键结合的特征 强键的特点：由于自旋相反的电子间的强耦合 使共价键可与离子键媲美 方向性的特点：电子云的取向性，决定了 外层电子只能在特定方向上成键 饱和性的特点：有限的外层电子数决 定了原子只有有限的成键电子。 第二章、晶体的结合 第六节、金属性结合 金属键结合的原子的特征 原子的外层电子数较少(1 ~ 3)，原子核对外层 电子的约束较小，较易失去外层电子。 金属原子相遇时，原子失去外层电子，成 为“离子实”，脱离原子核控制的外层电子 形成可自由移动的“电子气”，离子实沉没 在电子气中。 第二章、晶体的结合 第六节、金属性结合 金属键结合的特征 金属原子的密集结构：fcc或hcp 结构，Co的例子 金属的特有延展性： 金属的良好的导电性：金属体内大量的自 由电子充当传导电子。 金属的特有金属光泽： 金属一般是热的良导体：电子气传导机制，与 非金属不同的传导机制(声子气导热) 习题选讲 2.7 由个原子组成的晶体的体积可以写成V=Nv=N?r3， 式v中是每个原子平均占有的体积，r为最近邻原子间 距，?是依赖晶体结构的常数。试求下列晶体结构的值。 (1)sc, (2)fcc, (3)bcc, (4)金刚石，(5)NaCl 立方体的边长为a， r=21/2/2 a a=21/2 r 每个原子占有的平均体积 v=a3/4=(23/2/4) r3 晶体的总体积 V=Nv=N (23/2/4) r3 ? = (23/2/4)=21/2 /2 立方体的边长为a， r=31/2/4 a a=4/31/2 r 每个原子占有的平均体积 v=a3/8=8/33/2 r3 晶体的总体积 V=Nv=N 8/33/2 r3 ? = 8/33/2 习题选讲 2. 9设原子间的相互作用能可以表示为 U(r)= – ?/rm+?/rn 试说明哪一项是吸引项，那一项是排斥项，并证明要使 两个原子系统处于稳定平衡，必须 n m 由 f= ??rU,可得原子间的作用力为 f= ??rU = ? m?/rm+1r + n?/rn+1r 知第一项为吸引项，第二项为排斥项 由 f= ??rU =0,可得原子的平衡间距为 r0= (m?/ n?)1/(m ?n) 因为平衡时，U = Umin , 即 ?rU?r0 = 0, ?2rU 0 由此可得 n m 离子晶体的结合能 离子晶体 NaCl NaBr KCl NaI KBr Eb (th) 772 739 701 695 677 (kJ/mol) (exp.) 765 726 688 697 654 立方体的边长为a， r=31/2/4 a a=4/31/2 r 每个原子占有的平均体积 v=a3/8=8/33/2 r3 晶体的总体积 V=Nv=N 8/33/2 r3 ? = 8/33/2 固体物理 材料科学与工程学院 孙小松 第二章、晶体的结合 第二章、晶体的结合 目录： 第一节、晶体的结合能 第二节、原子间的相互作用 第三节、离子性结合 第四节、金属性结合 第五节、范德瓦尔斯结合 第六节、共价结合 第二章、晶体的结合 第二章、晶体的结合 晶体是大量的原子组成的系统，原子间的结 合方式，决定晶体的微观结构和宏观